专利名称：电容器嵌入式印刷电路板的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电容器嵌入式印刷电路板(PCB)，更具体地 说，涉及这样一种电容器嵌入式PCB，这种电容器嵌入式PCB能 够通过控制所嵌入的电容器的电极结构来降低电感并且能够通过 控制多层的层数和电极的面积来容易地使之具有单位面积的高电容。
背景技术：
通常，电容器是以电荷的形式储存能量的器件，并且电容器具 有以下性能，即，电荷存储在该电容器中，并且在直流(DC)电源 的情况下电流未流过，而在交流电(AC)的情况下，根据电容器的 电容和电容器充电/放电的时间，电流与电压的变化成比例地流过。
由于这些性能，电容器基本上是无源器件，该器件用于耦合和 退耦、滤波、阻抗匹配、电荷泵送、以及在诸如数字电路、模拟电 路和电子电路(诸如高频电路)中的解调，并且电容器通常以各种 形式(如芯片和磁盘)制造并且安装在待使用的PCB上的表面上。然而，随着电子器件变得微型化和复杂化，PCB上用于安装无 源元件的区域减小了。此外，由于电子器件的速度变高，因此频率 增加。因此，由于诸如无源器件与集成芯片(IC)之间的导体或焊 料等种种原因而出现的寄生电阻导致了各种问题。为了解决这些问 题，进行将电容器嵌入PCB中的各种尝试。
到现在为止，普通分立片式电阻器或者普通分立片式电容器安 装在普通PCB的表面上。然而，近来，其中嵌有无源器件(诸如电 阻器或者电容器)的PCB已经被研发出来。
无源器件嵌入式PCB技术是指，无源器件(诸如电阻器或者 电容器)通过使用新型材料和工艺被插入到板(board)的内层中， 并且代替传统的片式电阻器或片式电容器。这就是说，其中嵌有无 源器件的PCB具有嵌入到^反本身的内层或外部的无源器件(例如， 电容器)。与板的尺寸无关，当电容器(即，无源器件)作为一部 分集成到PCB中时，电容器被称为"嵌入式电容器"，并且PCB被 称为"电容器嵌入式PCB"。电容器嵌入式PCB的最重要的特征是， 由于电容器作为PCB的一部分被提供，所以不需要在PCB的表面 上安装电容器。
为了制造小型化且同时具有多种功能的无线终端，需要使用较 高RF带宽。根据这一点，要求无源器件的自谐频率更高。此外， 在用于电源稳定的退耦电容器的情况下，需要降低高频下的阻抗。
图1是示出了传统电容器嵌入式PCB的横截面图。
参照图1，电容器包括内电极14、 17以及插在内电极14与17 之间的介电层ll。内电才及14、 17分另'J通过通孑L 16、 19连4妄于正、 负电极。在该电容器嵌入式PCB中，允许穿过嵌在PCB中的电容器的正极和负极的电流方向彼此相反，以补偿由于该电流而发生的 寄生电感，从而减少总寄生电感。然而，在嵌有传统电容器的PCB的情况下，对于减少电感是 有利的，但是对于实际应用来i兌，其电容值太小。发明内容本发明的一个方面提供了 一种电容器嵌入式印刷电路板 (PCB),与传统电容器嵌入式PCB相比，该印刷电路板能够具有 每单位面积更高的电容，并且能够通过多层电容器的电才及结构而降 低安装在表面上的多层陶资电容器(MLCC)的高电感。才艮据本发明的一个方面，才是供了一种电容器嵌入式PCB，该 PCB包括多层聚合物电容器层，其中层叠有多个聚合物片； 一个 或多个第一内电极和第二内电极，它们由多个聚合物片中的一个或 多个来分离并且交3弄;也:没置以形成一只于；多个第一延伸电才及和第二 延伸电极，分别连接至第一内电极和第二内电极； 一个或多个绝缘 层，层叠在多层聚合物电容器的一个或两个表面上，在绝缘层中形 成有构成层间电路的多个导电图案和导电通孔；多个用于电容器的 第一通孔，穿透多层聚合物电容器层以被连接至第一延伸电极；以 及多个用于电容器的第二通孔，穿透多层聚合物电容器层以被连接 至第二延伸电极，其中多个第一和第二延伸电极交替设置成彼此相 对。在这种情况下，多个第一和第二内电才及可以形成为插有一个或 多个聚合物片，并且多个第一和第二内电才及可以具有彼此不同的面积。第一和第二内电才及可以以矩形形状形成。在这种情况下，第一 和第二延伸电极可以形成在分别与第 一和第二内电才及相对的两个 长侧边表面上。形成在相同长侧边表面上的第 一和第二延伸电极可 以具有相同的间3巨。根据本发明的另一个方面，提供了一种电容器嵌入式PCB,该 PCB包括多层聚合物电容器层，其中层叠有多个聚合物片； 一个 或多个第一内电才及和第二内电才及，由多个聚合物片中的一个或多个 分开并且交替，没置以形成一对；多个第一延伸电4及和第二延伸电 极，分别连接至第一内电极和第二内电极； 一个或多个绝缘层，层 叠在多层聚合物电容器的一个或者两个表面上，在绝缘层中形成有 构成层间电路的多个导电图案和导电通孔；多个用于电容器的第一 通孔，穿透多层聚合物电容器层以被连接至第一延伸电极；以及多 个用于电容器的第二通孔，穿透多层聚合物电容器层以被连接至第 二延伸电4及，其中第一和第二内电4及以圓形形成，并且多个第一和 第二延伸电极交替设置成彼此相对。彼此相邻的第一和第二延伸电才及可形成得具有相同的间距。在 这种情况下，多个第一和第二延伸电极的数量可以分别是奇数或偶数。在这种情况下，多个第一和第二内电才及可以形成为插入有一个 或多个聚合物片，并且多个第 一和第二内电才及可以具有^皮此不同的 面积。
通过以下结合附图的详细描述，本发明的上述和其它方面、特 征和其他优点将变得更好理解，附图中图1是示出了传统电容器嵌入式印刷电路板(PCB)的横截面图；图2是示出了根据本发明实施例的电容器嵌入式PCB的横截 面图；图3A至图3C是#4居本发明实施例的示出了形成有多个第一 内电极的聚合物片、形成有多个第二内电极的聚合物片、以及形成 有多个第 一和第二内电才及的聚合物片的叠片结构的顶一见图；图4是示出了流经图3C内电极的电流的路径的顶视图；图5A至图5C是根据本发明实施例的示出了形成有多个第一 内电极的聚合物片、形成有多个第二内电极的聚合物片、以及形成 有多个第一和第二内电极的聚合物片的叠片结构的顶视图；以及PCB的制造方法的流程。
具体实施方式
现在将参照附图详细描述本发明的示例性实施例。(PCB)的横截面图。参照图2, PCB包4舌形成有内电极的多层聚合物电容器层21 以及纟色缘层22和23。多层聚合物电容器层21由多个层叠的聚合物片构成，并且多 层聚合物电容器层21通过层叠多个聚合物片中的一个或多个而形成，其中导电性的第一内电极24被图案化在其一个表面上并且与 该第 一内电才及一起形成一对的第二内电极27净皮图案化。第一内电极24通过第一延伸电极25a连接至用于电容器的第 一通孔26，并且第二内电极27通过第二延伸电极28a连接至第二 通孔29。虽然在图2中示出了用于电容器的一个第一通孔和一个第 二通孔，但是多个延伸电极可以形成在多层聚合物电容器的电极 中，并且用于电容器的通孔可以被连接至多个延伸电极的每一个。形成在多层聚合物电容器层21中、分别通过第一和第二通孔 26、 29连接至外部电极的第一内电极24和第二内电极27具有彼此 不同的极性。因此，由第一内电极24和第二内电极27形成的电容 器具有通过折叠电容器面板而获得的形状。通常，电容随着电容器的面积和厚度而变化并且如下列等式而计算。" 等式(l)其中，s"表示电介质的介电常数，6<)表示具有8.855xl0—8 的常fc A表示电介质的表面面积，并且D表示电介质的厚度。这 就是说，为了使电容器具有高电容，电介质的介电常数应该高，而 电介质的厚度应该小，并且表面面积应该宽阔。当层叠的聚合物电 容器层的数目较大时，表面面积变得更为宽阔，从而增加了电容。 当聚合物电容器层的数目较小时，电容变小。因此，在本实施例中， 嵌入到PCB中的电容器的电容可以通过控制层叠的聚合物电容器 层的数目来控制，从而使电容器具有高电容。绝缘层22和23分别形成在多层聚合物电容器层21的顶部和 底部上。该绝纟彖层22和23可以通过以下步骤获得，即，将铜箔层叠在 辅助件(诸如阻燃剂(FR) -4)的两个表面上；利用激光打孔或者 才几才成打孔在预定位置上形成通孔22b和23b，并且i真充通孔22b和 23b;通过将干膜涂覆在辅助元件的两个表面上而进行曝光和显影； 以及通过蚀刻铜箔而形成电路图案22a和23a。作为形成电路图案22a和23a的方法，可以使用适当地混合蚀 刻和电镀的多种方法。另外，可使用具有辅助元件的板作为绝缘层， 根据PCB的用途该辅助元件由除了 FR-4之外还有适当的材料构 成。由于在多层聚合物电容器层21中可包含具有不同值的电容器， 所以可以进4于非常自由地i殳计。这就是说，如等式l中所示的，电容器的电容与电容器的内电 极的面积成比例。由于多层聚合物电容器层21具有通过折叠电容 器面板获得的形状，因此当增加所层叠的聚合物电容器层的数量 时，作为结果，等同于增加了面^反电容器的内电极的面积，乂人而增 加了电容值。因此，可通过在需要高电容的部分中形成4艮多个内电极而4吏电 容器具有高电容，而通过在需要低电容的部分中形成很少个内电极 而使电容器具有低电容。同时，可以通过控制形成在多层聚合物电容器层中的内电极的 面积来控制电容值。这就是说，在需要具有高电容电容器的部分中 将内电极的面积设计为较大，而在需要具有低电容电容器的部分中将内电极的面积设计为较小，从而在具有有限厚度和面积的多层聚 合物电容器中自由设计具有理想电容的电容器。图3A至图3C是示出了根据本发明实施例的形成有多个第一 内电极34的聚合物片31a、形成有多个第二内电极37的聚合物片 31b、以及形成有多个第 一和第二内电极的聚合物片的叠片结构的顶视图。参照图3A，多个第一内电极34形成在聚合物片31a上。在本 实施例中，形成有6个具有相同面积的第一内电极34。但是，第一 内电极的数量和面积可以随着所希望的电容值来变化。多个第一内电极34中的每一个形成得具有预定面积，并且从 第一内电才及34中形成多个第一延伸电4及35a至35d。第一延伸电极35a至35d形成在第一内电极34的一个表面上 以及与之相对的另一表面上。第一延伸电才及35a至35d将第一内电 极34连接至用于电容器的第一通孔(未示出)。在本实施例中，两个延伸电才及35a和35b形成在第 一 内电才及34 的一个表面上，并且两个延伸电才及35c和35d形成在与该一个表面 相对的另一表面上。延伸电极可以形成在第一内电才及34的相应表 面上。参照图3B，多个第二内电极37形成在聚合物片31b上。在本 实施例中，形成有6个具有相同面积的第二内电极37。但是，第二 内电极的数量和面积可以随着所希望的电容值来变化。第二内电才及37和第一内电才及34形成对，在它们之间插入有一 个聚合物片。另外，电容由每个内电极的面积来确定。因此，第二 内电极37可以被形成为具有与内电极34相对应的尺寸。第二内电极37形成得具有预定的面积，并且乂人第二内电极37 延伸出多个第二延伸电极38a至38d。第二延伸电极38a至38d形成在第二内电极37的一个表面上 以及与之相对的另 一表面上。第二延伸电极38a至38d将第二内电 极37连接至用于电容器的第二通孔(未示出)。在本实施例中，两个延伸电才及38a和38b形成在第二内电极37 的一个表面上，并且两个延伸电才及38c和38d形成在与该一个表面 相对的另一表面上。该延伸电极可以形成在第二内电极37的相应 表面上。图3C是示出了图3A和3B的聚合物片31a和31b的叠片结构的顶—见图。参照图3C，第一内电才及34和第二内电才及37形成一对，在它 们之间插入有一个聚合物片，并且第一内电极和第二内电极分别具 有相同的面积。在形成得插有聚合物片的第一内电才及34与第二内 电才及37之间出现电容。从第一内电极34延伸出的第一延伸电极35a至35d以及从第 二内电极37延伸出的第二延伸电极38a至38d以预定的间距B交 替形成，而没有4皮此重叠。在本实施例中，负电极连接至第一延伸电极35a至35d，并且 正电极连接至第二延伸电极38a至38d。第一延伸电极35a至35d和第二延伸电才及38a至38d如上所述交替i殳置，从而形成正电才及和 负电才及^皮交替i殳置的一种结构。电流乂人正电才及流至负电才及。在本实施例中，电流从第二延伸电 才及38a至38d流至第 一延伸电才及35a至35d,并且由电流引起的》兹 通量在内电极34和37的中心被抵销。因此，几乎不产生磁通量。 这将参照图4详细描述。图4是示出了在层叠得形成多层聚合物电容器层的内电极中的 电流路径(箭头方向)的顶—见图。具有4皮此不同才及性的第 一 内电才及44和第二内电才及47 4皮此相对 设置，聚合物片41a插入在它们之间。 一对两个内电极44和47重复层叠在多层聚合物电容器层中。在连4妄至第一和第二内电才及44和47的第一延伸电极45a至 45d以及第二延伸电才及48a至48d之中，沿同一方向形成的延伸电 极-f皮形成得以相同的间距b隔开。参照图4，形成在聚合物片41a上的第一内电才及44通过多个第 一延伸电才及45a至45d以及导电通孑L (未示出)电连4妄至负电才及。 同样，形成在另一聚合物片上的第二内电极47通过多个第二延伸 电才及48a至48d和导电通孔(未示出)电连4妄至正电才及。由于流经内电才及的电流通过最短的路径流动这样的特性，所以 该电流/人正延伸电4及流动至最邻近的负延伸电才及。这就是"i兌，乂人相 应第二延伸电极48a、 48b、 48c、以及48d至相应第一延伸电极45a、 45b、 45c、以及45d形成电流路径。在图4中指示电流方向的箭头 仅仅指示电流通常流动的方向。严格地说，电流从全部正极端子流 动至负才及端子。因此，由于电流在第一和第二内电极的内部区i或Ip 12和13中 沿4皮此不同的方向流动，所以可以有效地4氐销》兹通量。因此，在多 层聚合物电容器层中，可以容易地去除或4氐销由于电流在彼此相反的方向上流动而导致的互感，/人而更多地降〗氐电容的ESL。在4氐销 多层聚合物电容器层中的磁通量方面，也就是说，在ESL方面，有 利的是，内电极的宽度d小于其长度c。如上所述，为了有效地抵销流经内电极的磁通量，需要将正延 伸电极和负延伸电极形成得彼此相对并且以相同的间距交替设置。图5A至图5C是根据本发明实施例的示出了形成有多个第一 内电极54的聚合物片51a、形成有多个第二内电极57的聚合物片 51b、以及形成有多个第一和第二内电极54和57的聚合物片51a 和51b的叠片结构的顶#见图。参照图5A，多个第一内电才及54形成在聚合物片51a上。在本 实施例中，形成有8个具有相同面积的第一内电极54。但是，第一 内电极54的数量和面积可以随着电容值而变化。第一内电4及54形成得具有预定面积，并且多个第一延伸电极 55a至55f/人第一内电才及54中4申出。在本实施例中，第一内电才及54以圆形形成，并且第一延伸电 极55a至55f以确定的间距沿着第一内电才及54的圆周形成。第一延 伸电极55a至55f将笫一内电极54连接至用于电容器的第一通孔 (未示出)。参照图5B,多个第二内电极57形成在聚合物片51b上。在本 实施例中，形成有8个具有相同面积的第二内电极57。但是，第二 内电极57的数量的面积可以随着所希望的电容值而变化。第二内电才及57和第一内电才及54形成一对，并且通过各个内电 才及的面积来确定电容。因此，第二内电极57可以形成为与第一内 电才及54相对应的尺寸的。第二内电极57形成得具有预定的面积，并且多个第二延伸电 极58a至58f/人第二内电极57中伸出。在本实施例中，第二内电才及57以圆形形成，并且第二延伸电 极58a至58f以确定的间距沿着第二内电极57的圓周形成。第二延 伸电极58a至58f将第二内电极57连接至用于电容器的第二通孔 (未示出)。图5C是示出了由图5A和图5B中聚合物片51a和51b形成的 叠片结构的顶^见图。参照图5C,第一内电才及54和第二内电才及57形成一对，聚合 物片51a插入它们之间，并且第一内电极和第二内电极具有相同的 面积。在以它们之间插有聚合物片51a而形成的第一内电极54与 第二内电极57之间出现电容。。乂人第 一 内电才及54伸出的第 一延伸电才及55a至55f以及从第二内 电极57伸出的第二延伸电极58a至58f以确定的间距交替隔开地形成而没有相互重叠。在本实施例中，第一内电才及54和第二内电极57以圆形形成， 并且以这样的方式层叠，即，使得分别环绕内电极54和57形成的 第一延伸电才及55a至55f和第二延伸电才及58a至58f交替设置。另 外，负电才及连4妄至第一延伸电极55a至55f,并且正电极连4妾至第 二延伸电才及58a至58f。第一延伸电才及55a至55f以及第二延4申电极58a至58f交替设置(如上所述)，从而形成正电极和负电才及交替 i殳置的一种结构。由于在电容器结构中电流从正电极流动到负电极，因此在本实 施例中，电流从各个第二延伸电极58a至58f流动到各个第一延伸 电才及55a至55f，并且由电流引起的》兹通量在内电才及54和57的中心4皮4氐销。因此几乎没有产生》兹通量。在本实施例中，由于内电才及以圓形形成并且正电才及和负电才及围 绕该圓形设置从而相互抵销电感，所以可以制造出具有非常小的电 感值的电容器。在本实施例中，以如下方式形成偶数个延伸电极，即，使得第 一延伸电极与第 一延伸电极相对，并且使第二延伸电极与第二延伸 电才及相对。^f旦是，当形成奇凄t个延伸电极时，第一延伸电极可以i殳 置成与第二延伸电极相对。PCB的制造方法。图6A示出了通过层叠多个聚合物片而形成聚合物片电容器层 的过程，该聚合物片的一个表面上形成有电才及图案64和67。在图6B中，通孔63b通过激光打孔或者枳一戎打孔形成在覆铜 薄层压(CCL)外反上的预定位置中并且通过电镀而^皮填充，该覆铜 薄层压(CCL) 4反由辅助元件(i者如FR-4)和层叠在其两个表面上 的铜箔制成。之后，CCL板的两个表面涂覆以干膜，以进行曝光和 显影，并且蚀刻铜箔以形成电路图案63a，由此制备图案化的CCL 板63。在图6C中，将多层聚合物电容器层61和图案化的CCL斗反63 层压在一起。在图6D中，用于层间连接的通孔66和69形成在多层聚合物 电容器层61中，并且利用填充物电镀或填充所述通孔。通孔66和 69形成得穿透多个连4妾至内电才及64和67的延伸电4及。铜箔通过电 镀形成在多层聚合物电容器层61的顶部上、净皮涂以干膜以曝光和 显影、并且^皮蚀刻，乂人而形成电路图案61a。该电路图案61a可以 通过适当地混合蚀刻以及除蚀刻之外还进行电镀的多种方法来形 成。在图6E中，由绝缘层和铜箔62c形成的另一单表面板62层叠 在多层聚合物电容器层61上。在图6F中，通孔62b形成在单表面板62中，具有通孔62b的 单表面板62被涂覆以干膜以进行曝光和显影，并且蚀刻该铜箔， 从而形成电路图案62a。如在图6F中所示，根据本发明示例性实施 例的电容器嵌入式PCB具有这样一种结构，其中多层高电容率的电 介质聚合物层61插入PCB中。根据本发明的示例性实施例，电容器嵌入式PCB能够根据内 电极和所层叠的聚合物片的数量设定电容值，并且能够具有^f氐电感 和高电容。虽然已经结合示例性实施例示出并描述了本发明，但是对于本 领域技术人员很显然的是，在不背离由所附权利要求限定的本发明 4青神和范围的前提下可以进4亍各种改进和变化。
权利要求
1.一种电容器嵌入式印刷电路板(PCB)，包括多层聚合物电容器层，其中层叠有多个聚合物片；一个或多个第一内电极和第二内电极，通过所述多个聚合物片中的一个或多个被分离并且交替地设置以形成一对；多个第一延伸电极和第二延伸电极，分别连接至所述第一内电极和第二内电极；一个或多个绝缘层，层叠在多层聚合物电容器的一个或两个表面上，在绝缘层中形成有构成层间电路的多个导电图案和导电通孔；多个用于电容器的第一通孔，穿透所述多层聚合物电容器层以被连接至所述第一延伸电极；以及多个用于电容器的第二通孔，穿透所述多层聚合物电容器层以被连接至所述第二延伸电极，其中，所述多个第一和第二延伸电极交替设置成彼此相对。
2. 根据权利要求1所述的PCB,其中，所述多个第一和第二内 电极形成为插有一个或多个所述聚合物片，并且所述多个第一 和第二内电才及具有4皮此不同的面积。
3. 根据权利要求1所述的PCB，其中，所述第一和第二内电极 以矩形形;)犬形成。
4. 根据权利要求3所述的PCB,其中，所述第一和第二延伸电 极形成在分别与所述第一和第二内电极相对的两个长侧边表 面上。
5. 根据权利要求4所述的PCB，其中，形成在相同的长侧边表 面上的所述第一和第二延伸电极具有相同的间距。
6. —种电容器嵌入式印刷电路板(PCB)，包括多层聚合物电容器层，其中层叠有多个聚合物片；一个或多个第一内电极和第二内电极，通过所述多个聚 合物片中的 一个或多个净皮分离并且交替;也i殳置以形成一对；多个第一延伸电极和第二延伸电极，分别连接至所述第 一内电才及和第二内电才及；一个或多个绝缘层，层叠在多层聚合物电容器的一个或 两个表面上，在所述绝纟彖层中形成有构成层间电路的多个导电 图案和导电通孔；多个用于电容器的第一通孔，穿透所述多层聚合物电容 器层以;故连接至所述第一延伸电极；以及多个用于电容器的第二通孔，穿透所述多层聚合物电容 器层以^皮连4妄至所述第二延伸电极，其中，所述第一和第二内电极以圓形形成，并且所述多 个第 一 和第二延伸电^及交替i殳置成纟皮此相对。
7. 才艮据4又利要求6所述的PCB，其中，；波此相邻的第一和第二 延伸电极形成为具有相同的间距。
8. 根据权利要求7所述的PCB，其中，所述多个第一和第二延 伸电极的数量分别是偶数。
9. 根据权利要求6所述的PCB,其中，所述多个第一和第二内 电极形成为插有一个或多个聚合物片，并且所述多个第一和第 二内电才及具有4皮it匕不同的面积。
全文摘要
一种电容器嵌入式印刷电路板(PCB)，该PCB包括多层聚合物电容器层，其中层叠有多个聚合物片；一个或多个第一内电极和第二内电极，通过多个聚合物片中的一个或多个被分离并且被交替地设置以形成一对；多个第一延伸电极和第二延伸电极，分别连接至第一内电极和第二内电极；一个或多个绝缘层，层叠在多层聚合物电容器的一个或两个表面上，在绝缘层中形成有构成层间电路的多个导电图案和导电通孔；多个用于电容器的第一通孔，穿透多层聚合物电容器层以被连接至第一延伸电极；以及多个用于电容器的第二通孔，穿透多层聚合物电容器层以被连接至第二延伸电极，其中多个第一和第二延伸电极交替设置成彼此相对。
文档编号H05K1/16GK101267709SQ20081000832
公开日2008年9月17日 申请日期2008年2月22日 优先权日2007年3月12日
发明者吴浚禄, 金泰庆, 金镇哲 申请人:三星电机株式会社